CN102579078B - 对象诊断系统、医学图像系统以及显示诊断图像的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种对象诊断系统、医学图像系统以及显示诊断图像的方法。所述诊断系统包括：探头；混合波束成形器，用于执行模拟波束成形和数字波束成形。

Description

对象诊断系统、医学图像系统以及显示诊断图像的方法

本申请要求于2011年1月6日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0001552号韩国专利申请的利益，该申请的公开通过引用全部合并于此。

技术领域

本公开文档涉及一种对象诊断系统、一种用于提供对象的诊断图像的医学图像系统以及一种显示对象的诊断图像的方法。

背景技术

医学超声图像设备对人体无害，并且实时提供关于身体内部部位的解剖和功能信息。因此，医学超声图像设备的全球市场已按每年大约6％进行稳步增长，并在2010年达到57亿美元。医学超声图像设备可使用1维(1D)阵列换能器(transducer)提供身体内部部位的2维(2D)平面图像。另外，医学超声图像设备可通过在机械地移动1维(1D)阵列换能器的同时获得身体内部部位的体积(volume)信息来提供身体内部部位的3维(3D)图像。

发明内容

提供实时提供高分辨率的诊断图像的对象诊断系统、用于提供对象的诊断图像的医学图像系统以及显示对象的诊断图像的方法。提供非瞬时计算机可读记录介质，其中，在所述非瞬时计算机可读记录介质上已包括用于执行上述方法的程序。技术目的不限于此，还可存在其他技术目的。

将在接下来的描述中部分阐述另外的方面，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以通过本实施例的实施而得知。

根据本发明的一方面，提供一种用于诊断对象的诊断系统，所述诊断系统包括：探头(probe)，包括多个子阵，每个子阵包括至少一排将信号发送到对象并从对象接收信号的阵列换能器；混合(hybrid)波束成形器，用于在所述多个子阵排列的方向执行模拟波束成形，并在与所述多个子阵排列的方向相垂直的方向执行数字波束成形。

根据本发明的另一方面，提供一种用于提供对象的诊断图像的医学图像系统，所述医学图像系统包括：探头，包括多个子阵，每个子阵包括至少一排将信号发送到对象并从对象接收信号的阵列换能器；混合波束成形器，用于通过在所述多个子阵中的每个子阵排列的方向执行模拟波束成形并在与所述多个子阵中的每个子阵排列的方向相垂直的方向执行数字波束成形，来形成接收波束；诊断图像产生单元，用于通过使用形成的接收波束来产生诊断图像。

根据本发明的另一方面，提供一种显示对象的诊断图像的方法，所述方法包括：针对包括在探头中的多个子阵中的每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，并针对包括在所述多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值；根据计算出的时延值将来自包括在所述多个子阵中的换能器的信号发送到对象；根据用于模拟波束成形的时延值对由包括在所述多个子阵中的换能器接收的信号进行组合，并产生所述多个子阵的多个模拟信号；将所述多个模拟信号中的每个转换为数字信号；根据用于数字波束成形的时延值组合多个转换的数字信号；显示通过使用组合的结果产生的诊断图像，其中，所述多个子阵中的每个子阵包括至少一排阵列换能器。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚和更加易于理解，其中：

图1示出根据本发明实施例的使用诊断系统的环境；

图2是根据本发明实施例的诊断系统的框图；

图3A至图3D示出根据本发明实施例的子阵；

图4示出根据本发明实施例的在控制单元中对每个子阵计算用于数字波束成形的时延值的方法；

图5A和图5B示出根据本发明实施例的正视(elevation)方向和横向(lateral)方向；

图6示出根据本发明实施例的诊断系统的发送波束成形操作；

图7示出根据本发明实施例的诊断系统的接收波束成形操作；

图8是根据本发明实施例的医学图像系统的框图；

图9是示出根据本发明实施例的显示诊断图像的方法的流程图。

具体实施方式

现将详细描述实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。

图1示出根据本发明实施例的使用诊断系统10的环境。参照图1，本实施例的诊断系统10可包括探头100和混合波束成形器200；然而，本实施例不限于此。

尽管在图1中探头100和混合波束成形器200彼此分离，但是本实施例不限于此。混合波束成形器200可与探头100组合。

本实施例的探头100与对象进行发送和接收信号。本实施例的混合波束成形器200形成发送波束，并产生通过探头100被转换且将被发送到对象的信号，组合由探头100接收的信号，并形成接收波束。

例如，本实施例的探头100包括多个子阵，每个子阵包括至少一排将信号发送到对象并从对象接收信号的阵列换能器；混合波束成形器200在子阵排列的方向执行模拟波束成形，并在与子阵排列的方向相垂直的方向执行数字波束成形。在这方面，子阵排列的方向可以是正视方向或者横向方向，从而与子阵排列的方向相垂直的方向可以是横向方向或正视方向。更具体地，子阵排列的方向是指包括在所述多个子阵中的一个子阵中的换能器排列的方向。在这方面，当包括在所述多个子阵中的一个子阵中的换能器沿正视方向排列时，子阵排列的方向是正视方向。

因此，本实施例的诊断系统10可输出指示关于对象的信息的信号。所述信号可被产生为诊断图像，并可被显示给用户。在这方面，尽管本实施例的诊断图像可以是3维(3D)图像，但是本实施例不限于此。

图2是根据本发明实施例的诊断系统10的框图。参照图2，诊断系统10包括探头100和混合波束成形器200。混合波束成形器200包括控制单元210、信号产生单元212、发送/接收切换单元214、接收信号处理单元216、模拟波束成形器220、模-数转换器230和数字波束成形器240。数字波束成形器240包括发送数字波束成形器241和接收数字波束成形器242。

图2示出根据本实施例的诊断系统10的部件。因此，本领域的普通技术人员将理解：诊断系统10还可包括除了图2中示出的部件之外的通用部件。

另外，图2的诊断系统10的控制单元210、接收信号处理单元216、模拟波束成形器220、模-数转换器230和数字波束成形器240可以是一个处理器或多个处理器。所述处理器可包括逻辑门的阵列或者可包括通用微处理器和存储器的组合，其中，可在通用微处理器中被执行的程序被存储在存储器中。本领域的普通技术人员将理解：所述处理器可包括不同类型的硬件。

根据本实施例的诊断系统10可输出指示关于对象的诊断图像的信号，该诊断图像可以是3D诊断图像。然而，本实施例不限于此。

探头100与对象进行发送和接收信号。在这方面，尽管信号可以是超声波信号，但是本实施例不限于此。因此，本实施例的探头100包括多个子阵，每个子阵包括至少一排将超声波信号发送到对象并从对象接收超声波信号的阵列换能器。

在这方面，换能器将由混合波束成形器200产生的电信号转换为超声波信号，将从对象反射的超声波信号转换为电信号，并将电信号发送到混合波束成形器200。

本实施例的探头100包括2维(2D)阵列形式的这些换能器，因此诊断系统10可输出指示3D诊断图像的信号。在这方面，尽管诊断图像可以是超声图像，但是本实施例不限于此。2D阵列形式意味着M×N个换能器被布置。M和N是大于或等于1的整数，并且可以是相同数字。

本实施例的探头100包括多个子阵，每个子阵包括至少一排阵列换能器。

例如，如果探头100包括沿正视方向和横向方向排列的M×N个换能器，则子阵可以是包括沿正视方向排列的一排换能器的阵列换能器，或者可以是包括沿横向方向排列的一排换能器的阵列换能器。然而，本实施例不限于此，子阵可以是两排或多排阵列换能器。

因此，混合波束成形器200针对每个子阵控制包括在探头100中的换能器，这减少了用于控制换能器的线缆的数量以及操作量。另外，混合波束成形器200可通过减少操作量来减少用于产生诊断图像的时间。将参照图3A至图3D更加详细地描述子阵。

混合波束成形器200形成发送波束，产生通过探头100被转换并将被发送到对象的信号，组合由探头100接收的信号，并形成接收波束。更详细地，混合波束成形器200形成发送波束，并产生电信号，探头100将由混合波束成形器200产生的电信号转换为超声波信号，将超声波信号发送到对象，并将从对象反射的超声波信号转换为电信号，混合波束成形器200组合由探头100转换的电信号，并形成指示关于对象的信息的接收波束。因此，由混合波束成形器200形成的接收波束可根据诸如数字信号处理(DSP)等的预定处理而被产生为关于对象的诊断图像。

控制单元210控制信号产生单元212、发送/接收切换单元214、接收信号处理单元216、模拟波束成形器220、模-数转换器230和数字波束成形器240，以控制混合波束成形器200的总体操作。更具体地，控制单元210根据包括在探头100中的换能器和对象的焦点(focalpoint)之间的距离差来计算时延值，根据计算的时延值形成发送波束和接收波束，并产生发送信号和接收信号。

本实施例的控制单元210针对每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，并根据针对每个子阵计算的时延值来控制换能器将信号发送到对象并从对象接收信号。此外，本实施例的控制单元210针对包括在多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值，并根据针对每个换能器计算的时延值来控制换能器将信号发送到对象并从对象接收信号。在这方面，由于包括在子阵中并被布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置的换能器具有相同的用于模拟波束成形的时延值，因此控制单元120针对包括在多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值。此外，尽管根据本实施例可根据换能器和焦点之间的距离来计算用于模拟波束成形的时延值，但是本实施例不限于此。

本领域的普通技术人员将理解计算用于数字波束成形的时延值的方法和计算用于模拟波束成形的时延值的方法，因此这里将省略对其的详细描述。

控制单元210控制模拟波束成形器220在子阵排列的方向执行模拟波束成形，并控制数字波束成形器240在与子阵排列的方向相垂直的方向执行数字波束成形。

例如，如果探头100包括第一子阵至第三子阵，每个子阵包括5个换能器(例如，在子阵排列的方向上的换能器a、b、c、d和e)，则控制单元210针对第一子阵至第三子阵中的每个计算用于数字波束成形的时延值。如果计算出的时延值是d1、d2和d3，则控制单元210根据时延值d1控制包括在第一子阵中的换能器将信号发送到对象并从对象接收信号，根据时延值d2控制包括在第二子阵中的换能器将信号发送到对象并从对象接收信号，根据时延值d3控制包括在第三子阵中的换能器将信号发送到对象并从对象接收信号。

此外，控制单元210针对包括在第一子阵至第三子阵中的一个子阵中的换能器a、b、c、d和e计算用于模拟波束成形的时延值。在这方面，控制单元210根据相同的时延值控制被布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置处的换能器a、b、c、d和e将信号发送到对象并从对象接收信号。

例如，控制单元210针对包括在第一子阵中的换能器a、b、c、d和e计算用于模拟波束成形的时延值(例如，t1至t5)，并基于计算出的时延值，根据相同的时延值t1控制包括在第一子阵中的换能器a、包括在第二子阵中的换能器a和包括在第三子阵中的换能器a将信号发送到对象并从对象接收信号。如上所述，本实施例的相同位置意味着布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同坐标。

尽管描述了子阵的第一子阵，但是本实施例不限于此。可针对另一子阵计算用于模拟波束成形的时延值。

本实施例的控制单元210将包括在探头100中的换能器控制为针对每个子阵具有用于数字波束成形的预定时延值(例如，d1至d3)，并将包括在每个子阵中并被布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同坐标处的换能器控制为具有用于模拟波束成形的预定时延值(例如，t1至t5)。将参照图6和图7更加详细地进行描述。

然而，本实施例不限于此。本领域的普通技术人员将理解：控制单元210控制包括在探头100中的换能器根据时延值d1在对象和包括在第一子阵中的5个换能器中的一个或多个换能器之间发送和接收信号，根据时延值d2在对象和包括在第二子阵中的5个换能器中的一个或多个换能器之间发送和接收信号，根据时延值d3在对象和包括在第三子阵中的5个换能器中的一个或多个换能器之间发送和接收信号。

关于针对每个子阵计算用于数字波束成形的时延值d1至d3的方法，例如，控制单元210可在包括在子阵中的换能器中，计算关于最靠近焦点的换能器的时延值，计算关于离焦点最远的换能器的时延值，计算关于布置在多个换能器中心的换能器的时延值，或通过使用在多个换能器和焦点之间的距离的平均值来计算时延值。然而，本实施例不限于此。将参照图4更加详细地进行描述。

本实施例的控制单元210通过针对每个子阵使用相同的基准来计算用于数字波束成形的时延值。因此，子阵可具有不同的时延值。

因此，控制单元210将包括在子阵中的换能器控制为具有合适的时延值并与对象进行发送和接收信号，从而改善通过由混合波束成形器200形成的接收波束产生的诊断图像的清晰度。

当控制线被连接到包括在探头100中的换能器，以根据用于模拟波束成形的时延值在换能器和对象之间发送和接收信号时，对于包括在子阵中并被布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置处的换能器，本实施例的混合波束成形器200可使用相同的用于模拟波束成形的时延值，因此控制线可被连接到每个子阵。因此，与当控制线被连接到所有换能器时相比，可显著减少运行负荷，可显著减少用于产生诊断图像的时间，并可提高诊断图像的分辨率。

此外，根据包括在3D图像中的2D平面图像的数量来确定模拟波束聚焦所必需的控制线。例如，当必需存在256个2D平面图像时，256个用于选择时延部件的控制信号是必需的。然而，由于对于包括在子阵中并被布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置处的换能器，本实施例的混合波束成形器200使用相同的用于模拟波束成形的时延值，所以控制线被连接到各个子阵，因此减少控制线的数量。例如，如果在8个子阵中产生256个2D平面图像，则仅会使用8个控制信号。

信号产生单元212通过使用由模拟波束成形器220形成的发送波束来产生发送信号。更具体地，信号产生单元212产生将被通过探头100发送到对象的发送脉冲。例如，本实施例的信号产生单元212可以是产生超声波发送脉冲的超声波发送脉冲发生器。然而，本实施例不限于此。

发送/接收切换单元214针对由超声波发送脉冲发生器产生的信号和由探头100接收的信号中的至少一个信号执行切换操作，以发送到达每个子阵的换能器的信号以及接收来自每个子阵的换能器的信号。例如，针对每个子阵进行的信号发送和接收可以是根据每个通道执行的操作。

接收信号处理单元216针对由探头100接收的信号执行预定的处理操作。例如，接收信号处理单元216可包括降低从探头100接收的模拟信号的噪声的低噪声放大器(LNA)(未示出)和根据输入信号控制增益值的可变增益放大器(VGA)(未示出)。在这方面，VGA可以是根据焦点和VGA之间的距离来补偿增益的时间增益补偿器(TGC)。然而，本实施例不限于此。

本领域的普通技术人员将理解信号产生单元212、发送/接收切换单元214和接收信号处理单元216，因此这里将省略对其的详细描述。

模拟波束成形器220在控制单元210的控制下形成发送波束，将发送波束输出到信号产生单元212，根据用于模拟波束成形的时延值组合由包括在子阵中的换能器接收的信号，产生关于每个子阵的模拟信号。也就是说，本实施例的模拟波束成形器220执行固定聚焦，并执行模拟波束成形。

例如，模拟波束成形器220根据用于模拟波束成形的时延值(该时延值取决于焦点和包括在多个子阵中的一个子阵中的每个换能器之间的距离)执行模拟波束成形。在这方面，包括在每个子阵中并被布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置处的换能器具有相同的用于模拟波束成形的时延值。

在这方面，尽管多个子阵中的一个子阵可最靠近焦点，但是本实施例不限于此。所述多个子阵中的一个子阵可离焦点最远，可被布置在所述多个子阵的中心，或者可存在其他各种情况。

此外，本实施例的模拟波束成形器220可沿子阵排列的方向引导(steer)从探头100发送到对象的信号。

例如，如果子阵包括一排全部沿正视方向排列的换能器，则模拟波束成形器220仅沿正视方向引导从探头100的换能器发送到对象的信号。

又例如，如果子阵包括一排全部沿横向方向排列的换能器，则模拟波束成形器220仅沿横向方向引导从探头100的换能器发送到对象的信号。

以这种方式，模拟波束成形器220沿子阵排列的方向引导从探头100发送到对象的信号，从而提高可通过由混合波束成形器200形成的接收波束产生的诊断图像的分辨率。

更具体地，如果子阵包括一排全部沿正视方向排列的换能器，则由于在控制单元210中针对每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值不考虑焦点和包括在子阵中的每个换能器之间的距离，因此模拟波束成形器220沿子阵排列的方向引导从换能器发送到对象的信号。

因此，模拟波束成形器220可在不增加运行负荷的同时提高产生的诊断图像的分辨率。

然而，本领域的普通技术人员将理解：模拟波束成形器220可沿除了子阵排列方向的其它方向引导从换能器发送到对象的信号，以便提高诊断图像的分辨率。

本领域的普通技术人员将理解在模拟波束成形器220中执行模拟波束成形的方法，因此这里将省略对其的详细描述。

如上所述，本实施例的模拟波束成形器220可产生关于子阵的模拟信号，如果从探头100发送的信号被引导并被从对象反射，则模拟波束成形器220组合由换能器接收的反射的信号，并产生每个子阵的模拟信号。

模-数转换器230将由模拟波束成形器220产生的每个模拟信号转换为数字信号。因此，模-数转换器230产生数字信号，并将数字信号输出到数字波束成形器240。

数字波束成形器240在控制单元210的控制下形成发送波束，将发送波束输出到模拟波束成形器220，并根据针对每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值来组合由数-模转换器230转换的数字信号。也就是说，数字波束成形器240执行数字波束成形。

例如，发送数字波束成形器241在控制单元210的控制下形成发送波束，并将发送波束输出到模拟波束成形器220，接收数字波束成形器242根据针对每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值来组合通过模-数转换器230转换的数字信号，并形成接收波束。

例如，模拟波束成形器220根据用于模拟波束成形的时延值组合由包括在子阵中的换能器接收的信号，并产生关于子阵的模拟信号，模-数转换器230将由模拟波束成形器220产生的模拟信号转换为数字信号，接收数字波束成形器242根据由控制单元210计算的用于数字波束成形的时延值来组合由模-数转换器230转换的数字信号。

以这种方式，数字波束成形器240执行动态聚焦以考虑针对每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值来形成发送波束和接收波束。例如，本实施例的接收数字波束成形器242针对由模拟波束成形器220产生的模拟信号执行动态聚焦，从而显著减少连接到数字波束成形器240的线缆的数量。

本领域的普通技术人员将理解在数字波束成形器240中执行数字波束成形的方法，因此这里将省略对其的详细描述。

因此，混合波束成形器200可在减少线缆数量、控制线数量以及运行负荷的同时，形成能够产生高清晰度诊断图像的接收波束。

图3A至图3D示出根据本发明实施例的子阵。

为了描述的方便，尽管图3A和图3B示出沿正视方向和横向方向排列的5×6个换能器，图3C和图3D示出沿正视方向和横向方向排列的M×N个换能器，但是本实施例不限于此。

参照图2和图3A，探头100可包括子阵31，子阵31包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿正视方向排列的换能器，因此探头100可包括6个子阵。

参照图2和图3B，探头100可包括子阵32，子阵32包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿横向方向排列的换能器，因此探头100可包括5个子阵。

参照图2和图3C，探头100可包括子阵33，子阵33包括阵列换能器，所述阵列换能器包括三排全部沿正视方向排列的换能器。在这方面，由于三排换能器是实施例，因此子阵33不限于所述三排换能器，其可包括两排换能器、四排换能器等。

参照图2和图3D，探头100可包括子阵34，子阵34包括阵列换能器，所述阵列换能器包括三排全部沿横向方向排列的换能器。在这方面，由于三排换能器仅是实施例，因此子阵34不限于此，其可包括两排换能器、四排换能器等。

因此，混合波束成形器200针对每个子阵控制包括在探头100中的换能器，从而减少用于控制换能器的线缆的数量和运行负荷。

此外，通过自适应地调整包括在子阵中的阵列换能器的数量，本实施例的探头100可包括一排阵列换能器作为子阵以便获得高分辨率3D诊断图像，并可包括两个或多个阵列换能器作为子阵以便获得低分辨率3D诊断图像。因此，可根据用户环境适当地调整子阵，从而根据用户环境控制运行负荷和诊断图像的分辨率之间的权衡。

图4示出根据本发明实施例的在控制单元210中针对每个子阵计算用于数字波束成形的时延值的方法。图2和图4示出包括一排阵列换能器的子阵41和对象的焦点42。

例如，控制单元210可针对包括在子阵41中的换能器中最靠近焦点42的换能器413计算子阵41的时延值。

又例如，控制单元210可针对包括在子阵41中的换能器中离焦点42最远的换能器417计算子阵41的时延值。

又例如，控制单元210可针对布置在包括在子阵41中的换能器的中心的换能器414计算子阵41的时延值。

又例如，控制单元210可通过使用焦点42和包括在子阵41中的换能器之间的距离的平均值来计算子阵41的时延值。更具体地，控制单元210可通过使用焦点42和包括在子阵41中的换能器之间的距离r1至r7的平均值来计算子阵41的时延值。

在这方面，控制单元210通过使用相同的基准来针对每个子阵计算时延值，从而计算每个子阵的时延值。

图5A和图5B示出根据本发明实施例的正视方向和横向方向。为了描述的方便，尽管子阵包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿正视方向排列的换能器，但是本实施例不限于此。

参照图5A，在正视方向执行发送波束聚焦和接收波束聚焦。参照图5B，在横向方向执行发送波束聚焦和接收波束聚焦。

现将参照图2和图5A更加详细地描述发送波束聚焦和接收波束聚焦。探头100和模拟波束成形器220通过使用模拟元件在正视方向执行发送波束聚焦和接收波束聚焦。在这方面，6个子阵511至516中的每个被连接到控制线，控制单元210可通过控制线确定模拟波束成形器220的相对于正视方向的波束聚焦位置。在这方面，控制单元210根据相同的用于模拟波束成形的时延值来控制换能器与对象进行发送和接收信号，所述换能器包括在子阵511至516中并被布置在与子阵511至516中的每个子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置。

也就是说，控制单元210在正视方向确定信号发送和接收方向以及波束聚焦位置，模拟波束成形器220根据确定的信号发送和接收方向以及波束聚焦位置来调整信号。

根据本实施例通过使用模拟元件来执行发送波束聚焦和接收波束聚焦类似于在1维(1d)阵列换能器中在正视方向使用声透镜。然而，1D阵列换能器在正视方向机械地移动以确定信号发送和接收方向。也就是说，尽管3D诊断图像可通过移动1D阵列换能器来获得，但是这种方法在成像速度方面，即，在时间分辨率或空间分辨率方面具有受限的性能。

更具体地，由于1D阵列换能器通过在正视方向使用声透镜来执行固定聚焦，因此图像在正视方向靠近焦点处具有最高空间分辨率，在除了焦点之外的点具有低空间分辨率。另外，尽管3D诊断图像可通过机械地移动1D阵列换能器来获得，但是由于1D阵列换能器以受限的速度机械地移动，因此时间分辨率被降低为每两秒一帧。

同时，本实施例的模拟波束成形器220通过使用2D阵列换能器以电子方式确定信号发送和接收方向，因此可保证时间分辨率和空间分辨率的性能。

更具体地，本实施例的混合波束成形器200通过使用2D阵列换能器来提高时间分辨率和空间分辨率，从而实时获得高分辨率体积图像(volumetricimage)和多平面图像。此外，混合波束成形器200可在使用2D阵列换能器的同时通过使用子阵减少线缆的数量。

因此，模拟波束成形器220在正视方向确定信号发送和接收方向以及波束聚焦位置，数字波束成形器240在横向方向执行发送波束聚焦和接收波束聚焦。

在这方面，数字波束成形器240被连接到信号传输线缆，信号传输线缆可被连接到模-数转换器230。控制单元210根据针对每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值控制数字波束成形器240通过信号传输线缆发送和接收信号。

根据本实施例的通过使用数字元件来执行发送波束聚焦和接收波束聚焦类似于通过使用1D阵列换能器获得2D平面图像。

因此，本实施例的诊断系统10在正视方向执行模拟波束成形，在横向方向执行数字波束成形，所述正视方向是子阵排列的方向。因此，在减少连接到模拟波束成形器220的控制线的数量、连接到数字波束成形器240的线缆的数量以及运行负荷的同时，本实施例的诊断系统10可产生用于产生高清晰度3D诊断图像的信号。

如上所述，尽管在图5A和图5B中，子阵包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿正视方向排列的换能器，但是本实施例不限于此。本领域的普通技术人员将理解：子阵包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿横向方面排列的换能器。

在这种情况下，本实施例的诊断系统10可在横向方向执行模拟波束成形，在正视方向执行数字波束成形，所述横向方向是子阵排列的方向。

图6示出根据本发明实施例的诊断系统10的发送波束成形操作。为了描述的方便，尽管子阵包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿正视方向排列的换能器，但是本实施例不限于此。

参照图2和图6，探头100包括3个子阵61、62和63，所述3个子阵61、62和63分别包括换能器611至614、换能器621至624和换能器631至634。

控制单元210针对子阵61、62和63中的每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，针对包括在子阵61、62和63中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值，并根据计算出的时延值控制换能器611至614、换能器621至624和换能器631至634将信号发送到对象并从对象接收信号。

因此，发送数字波束成形器241将用于数字波束成形的时延值d1、d2和d3应用到分别包括在第一子阵至第三子阵61、62和63中的传感器611至614、传感器621至624和传感器631至634，模拟波束成形器220将用于模拟波束成形的时延值t1、t2、t3、t4应用到分别包括在第一子阵至第三子阵61、62和63中的传感器611至614、传感器621至624和传感器631至634。

关于包括在第一子阵61中的换能器611至614，换能器611根据被应用了用于数字波束成形的时延值d1和用于模拟波束成形的时延值t1的时延值将信号发送到对象，换能器612根据被应用了用于数字波束成形的时延值d1和用于模拟波束成形的时延值t2的时延值将信号发送到对象，换能器613根据被应用了用于数字波束成形的时延值d1和用于模拟波束成形的时延值t3的时延值将信号发送到对象，换能器614根据被应用了用于数字波束成形的时延值d1和用于模拟波束成形的时延值t4的时延值将信号发送到对象。

关于包括在子阵62中的换能器621至624，换能器621根据被应用了用于数字波束成形的时延值d2和用于模拟波束成形的时延值t1的时延值将信号发送到对象。以这种方式，分别包括在第二子阵62和第三子阵63中的换能器621至624和换能器631至634的时延值可被确定。

布置在横向方向上的相同位置处的换能器611、621和631具有相同的用于模拟波束成形的时延值t1，所述横向方向是与子阵61、61和63排列的方向相垂直的方向。

信号产生单元212根据由模拟波束成形器220形成的发送波束产生电信号。发送和接收切换单元214执行切换以发送子阵61、62和63中的每个子阵的信号。

因此，本实施例的诊断系统10可执行发送波束聚焦以在减少控制线和线缆的数量的同时获得高清晰度诊断图像。

图7示出根据本发明实施例的诊断系统10的接收波束成形操作。为了描述方便，尽管子阵包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部排列沿正视方向排列的换能器，但是本实施例不限于此。

参照图2和图7，探头100包括3个子阵71、72和73，所述3个子阵71、72和73分别包括换能器711至714、换能器721至724和换能器731至734。

发送和接收切换单元214执行切换以接收子阵71、72和73中的每个子阵的信号。接收信号处理单元216对接收的信号执行诸如降噪、增益放大等预定的处理。

模拟波束成形器220通过根据用于模拟波束成形(模拟波束成形被用于形成发送波束)的时延值t1、t2、t3和t4对信号进行组合来产生模拟信号a1，所述信号由包括在子阵71中的换能器711至714接收并通过接收信号处理单元216进行处理。因此，模拟波束成形器220通过对由分别包括在子阵71、72和73中的换能器711至714、换能器721至724和换能器731至734接收的信号进行组合来产生3个模拟信号a1、a2和a3。

模-数转换器230将3个模拟信号a1、a2和a3转换为3个数字信号b1、b2和b3。

接收信号波束成形器242通过根据针对每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值d1至d3对3个数字信号b1、b2和b3进行组合来产生一个或多个数字信号c1。由接收信号波束成形器242产生的数字信号c1可指示关于对象的焦点或者将作为图像的对象的信息，并可被用于产生诊断图像。

当探头100包括沿正视方向和横向方向排列的4×3个换能器时，12条控制线或线缆是为了执行模拟波束成形或数字波束成形所必需的。

当子阵沿正视方向排列时，本实施例的诊断系统10可通过使用4条控制线和3条线缆来执行波束成形。因此，本实施例的诊断系统10减少了控制线和线缆的数量，从而产生用于产生高清晰度3D诊断图像的信号，并显著减少运行负荷。

如上所述，尽管在图6和图7中，子阵包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿正视方向排列的换能器，但是本实施例不限于此。本领域的普通技术人员将理解：子阵包括阵列换能器，该阵列换能器包括一排全部沿横向方向排列的换能器。在这种情况下，本实施例的诊断系统10可通过仅使用3条控制线和4条线缆来执行波束成形。

图8是根据本发明实施例的医学图像系统800的框图。参照图8，医学图像系统包括诊断系统10、诊断图像产生单元810、存储单元820、诊断图像显示单元830和输出单元840。诊断系统10包括探头100和混合波束成形器200。

图8示出根据本实施例的医学图像系统800的部件。因此，本领域的普通技术人员将理解医学图像系统800还可包括除在图8中示出的部件之外的通用部件。

此外，图8的诊断系统10是图1和图2的诊断系统10的实施例。所以，关于图1和图2的描述应用于图8的医学图像系统800，因此这里将省略对其的详细描述。

本实施例的医学图像系统800提供关于对象的诊断图像。例如，医学图像系统800显示关于对象的诊断图像，或者将指示关于对象的诊断图像的信号输出到显示关于对象的诊断图像的外部装置。

因此，诊断系统10通过使用探头100和混合波束成形器200输出用于产生关于对象的诊断图像的信号。

探头100包括多个子阵，每个子阵包括至少一排将信号发送到对象并从对象接收信号的阵列换能器。混合波束成形器200通过在子阵排列的方向执行模拟波束成形并在与子阵排列的方向相垂直的方向执行数字波束成形，来形成接收波束。

在这方面，子阵排列的方向可以是正视方向或横向方向，因此与子阵排列的方向相垂直的方向可以是与子阵排列的方向相垂直的横向方向或正视方向。

此外，本实施例的混合波束成形器200包括执行模拟波束成形的模拟波束成形器。模拟波束成形器沿子阵排列的方向引导从探头100发送到对象的信号。

本实施例的混合波束成形器200包括控制单元，所述控制单元针对每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，根据针对每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值控制换能器将信号发送到对象并从对象接收信号，针对包括在多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值，并根据相同的用于模拟波束成形的时延值来控制换能器将信号发送到对象并从对象接收信号，其中，所述换能器包括在子阵中并被布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置。

因此，本实施例的混合波束成形器200可形成用于产生高清晰度3D诊断图像的接收波束，并减少运行负荷。

诊断图像产生单元810通过使用由混合波束成形器200形成的接收波束来产生诊断图像。更具体地，诊断图像产生单元810可包括数字信号处理器(DSP)(未示出)和数字扫描转换器(DSC)(未示出)。本实施例的DSP通过对从混合波束成形器200输出的信号和存储在存储单元820中的信号中的至少一个进行处理来形成指示b、c或d模式的图像数据。在这方面，b、c或d模式分别表示亮度模式、彩色模式和多普勒模式。本实施例的DSC产生扫描的诊断图像，以显示通过DSP形成的图像数据。

本领域的普通技术人员将理解DSP和DSC，因此这里将省略对其的详细描述。

存储单元820对在医学图像系统800的操作期间产生的数据进行存储。例如，存储单元820可存储由混合波束成形器200形成的接收波束，或者可存储指示b、c或d模式的图像数据或者扫描的诊断图像。

本实施例的存储单元820是普通的存储介质，本领域的普通技术人员将理解本实施例的存储单元820可包括硬盘驱动(HDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存和存储卡。

诊断图像显示单元830显示由诊断图像产生单元810产生的诊断图像。例如，诊断图像显示单元830包括提供给医学图像系统800的全部输出装置，诸如显示面板、LCD屏幕、监视器等。

然而，本领域的普通技术人员将理解：本实施例的医学图像系统800可能不包括诊断图像显示单元830，可能包括输出单元840，所述输出单元840用于将由诊断图像产生单元810产生的诊断图像输出到外部显示装置(未示出)。

在这方面，输出单元840可经有线网络和无线网络或者通过有线串行通信将数据发送到外部装置并从外部装置接收数据。网络包括互联网、局域网(LAN)、无线LAN、广域网(WAN)、个域网(PAN)等。然而，本实施例不限于此，网络可包括不同类型的网络。

因此，本领域的普通技术人员将理解：本实施例的存储单元820和输出单元840可被整体形成在通过进一步包括图像读取和检索功能而形成的影像归档通信系统(PACS)中。

因此，本实施例的医学图像系统800可向用户提供高清晰度3D诊断图像，并减少运行负荷。

图9是示出根据本发明实施例的显示诊断图像的方法的流程图。针对图9描述的显示诊断图像的方法包括由图1、图2和图8的诊断系统10或医学图像系统800顺序执行的操作。因此，尽管未在下面提供，但是图1、图2和图8的诊断系统10或医学图像系统800的描述可被应用于针对图9描述的方法中。

在操作901中，控制单元210针对包括在探头100中的多个子阵中的每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，并针对包括在所述多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值。在这方面，所述子阵包括至少一排阵列换能器，并且布置在与子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置处的换能器具有相同的用于模拟波束成形的时延值。

在操作902中，探头100根据在操作901中计算出的时延值将信号发送到对象。更具体地，包括在探头100的子阵中的换能器根据用于数字波束成形的时延值和用于模拟波束成形的时延值将信号发送到对象。在混合波束成形器200的控制下，从探头100发送到对象的信号沿子阵排列的方向被引导。

在操作903中，模拟波束成形器220根据在操作901中计算出的用于模拟波束成形的时延值来对由包括在子阵中的换能器接收的信号进行组合，并产生子阵的多个模拟信号。

在操作904中，模-数转换器230将模拟信号转换为数字信号。

在操作905中，数字波束成形器240根据在操作901中计算出的用于数字波束成形的时延值来组合转换的数字信号。

在操作906中，诊断图像显示单元830显示通过使用组合转换的数字信号的结果而产生的诊断图像。在这方面，可通过诊断图像产生单元810产生诊断图像。

因此，本实施例的显示诊断图像的方法可在减少运行负荷的同时显示高清晰度3D诊断图像。

根据本实施例的诊断系统10和医学图像系统800，2D阵列换能器被用于在全部3D图像点中获得最优空间分辨率，与机械移动方法不同的电切换方法被用于实时获得高清晰度3D诊断图像。以用户可容易地识别关于人体器官的解剖信息的方式提供实时的高清晰度3D诊断图像，从而提高疾病的准确诊断以及诊断的便利性。此外，诸如心脏的3D彩色血流图像的新的临床信息可被提供给医学专家。

另外，医学图像设备取决于硬件可能在实现波束聚焦方面存在难度，这会直接影响图像质量。然而，本实施例的诊断系统10和医学图像系统800可在使用2D阵列换能器的同时减少线缆的数量，从而降低硬件的复杂性，并使系统效率最大化。

如上所述，根据本发明的上面实施例中的一个或多个实施例，降低了硬件的复杂性和运行负荷的混合波束成形器可被用于产生并显示对象的3D诊断图像。因此，诊断系统10、医学图像系统800和显示诊断图像的方法可通过使硬件的复杂性最小化而实现合成孔径聚焦技术。

本实施例可在通用数字计算机中通过运行来自计算机可读介质的程序而被实施。在所述方法中使用的数据可通过使用各种方式记录在计算机可读记录介质中。所述计算机可读记录介质的示例包括存储介质，诸如磁存储介质(例如，ROM、软盘或硬盘)、光可读介质(例如，压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)或PC接口(例如，PCI、PCI-express、Wifi等))。

应理解：这里描述的示例性实施例应被认为仅在于描述的意义，而不是出于限制的目的。在每个实施例内的特征或方面的描述应通常被认为可用于在其他实施例中的其他类似的特征或方面。

Claims (14)

1.一种用于诊断对象的诊断系统，所述诊断系统包括：

探头，包括多个子阵，每个子阵包括至少一排将信号发送到对象并从对象接收信号的阵列换能器；以及

混合波束成形器，用于在所述多个子阵排列的方向执行模拟波束成形，并在与所述多个子阵排列的方向相垂直的方向执行数字波束成形，

其中，所述混合波束成形器包括：控制单元，用于针对所述多个子阵中的每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，针对包括在所述多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值,并根据计算出的用于数字波束成形的时延值和用于模拟波束成形的时延值来控制换能器将信号发送到对象并从对象接收信号，

其中，包括在所述多个子阵中并被布置在与所述多个子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置中的换能器具有相同的用于模拟波束成形的时延值。

2.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述混合波束成形器包括：模拟波束成形器，用于根据用于模拟波束成形的时延值对通过包括在所述多个子阵中的换能器接收的信号进行组合，并产生所述多个子阵中的每个子阵的多个模拟信号。

3.如权利要求2所述的诊断系统，其中，所述模拟波束成形器沿所述多个子阵排列的方向引导从探头发送到对象的信号。

4.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述混合波束成形器包括：

模拟波束成形器，用于根据用于模拟波束成形的时延值对通过包括在所述多个子阵中的换能器接收的信号进行组合，并产生所述多个子阵的多个模拟信号；

模-数转换器，用于将由模拟波束成形器产生的多个模拟信号转换为数字信号；以及

数字波束成形器，用于根据针对所述多个子阵中的每个子阵计算的用于数字波束成形的时延值来对转换的数字信号进行组合。

5.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述混合波束成形器包括：模拟波束成形器，用于当所述多个子阵中的每个子阵包括一排全部沿正视方向排列的换能器时，沿正视方向引导从换能器发送到对象的信号。

6.如权利要求1所述的诊断系统，其中，所述混合波束成形器包括：模拟波束成形器，用于当所述多个子阵中的每个子阵包括一排全部沿横向方向排列的换能器时，沿横向方向引导从换能器发送到对象的信号。

7.一种用于提供对象的诊断图像的医学图像系统，所述医学图像系统包括：

探头，包括多个子阵，每个子阵包括至少一排将信号发送到对象并从对象接收信号的阵列换能器；

混合波束成形器，用于通过在所述多个子阵中的每个子阵排列的方向执行模拟波束成形并在与所述多个子阵中的每个子阵排列的方向相垂直的方向执行数字波束成形，来形成接收波束；以及

诊断图像产生单元，用于通过使用形成的接收波束来产生诊断图像，

其中，所述混合波束成形器包括：控制单元，用于针对所述多个子阵中的每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，针对包括在所述多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值，并根据计算出的用于数字波束成形的时延值和用于模拟波束成形的时延值来控制换能器将信号发送到对象并从对象接收信号，

其中，包括在所述多个子阵中并被布置在与所述多个子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置中的换能器具有相同的用于模拟波束成形的时延值。

8.如权利要求7所述的医学图像系统，其中，所述混合波束成形器包括：模拟波束成形器，用于执行模拟波束成形，并用于沿所述多个子阵排列的方向引导从探头发送到对象的信号。

9.如权利要求7所述的医学图像系统，还包括：诊断图像显示单元，用于显示产生的诊断图像。

10.一种显示对象的诊断图像的方法，所述方法包括：

针对包括在探头中的多个子阵中的每个子阵计算用于数字波束成形的时延值，并针对包括在所述多个子阵中的一个子阵中的每个换能器计算用于模拟波束成形的时延值；

根据计算出的用于数字波束成形的时延值和用于模拟波束成形的时延值将信号从包括在所述多个子阵中的换能器发送到对象；

根据用于模拟波束成形的时延值对通过包括在所述多个子阵中的换能器接收的信号进行组合，并产生所述多个子阵的多个模拟信号；

将所述多个模拟信号中的每个转换为数字信号；

根据用于数字波束成形的时延值对多个转换的数字信号进行组合；以及

显示通过使用组合的结果产生的诊断图像，

其中，所述多个子阵中的每个子阵包括至少一排阵列换能器，

其中，包括在所述多个子阵中并被布置在与所述多个子阵排列的方向相垂直的方向上的相同位置中的换能器具有相同的用于模拟波束成形的时延值。

11.如权利要求10所述的方法，其中，发送信号的步骤包括：沿所述多个子阵排列的方向引导信号。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个子阵中的每个子阵包括一排全部沿正视方向或沿横向方向排列的换能器。

13.如权利要求10所述的方法，其中，发送信号的步骤包括：当所述多个子阵中的每个子阵包括一排全部沿正视方向排列的换能器时，沿正视方向引导信号。

14.如权利要求10所述的方法，其中，发送信号的步骤包括：当所述多个子阵中的每个子阵包括一排全部沿横向方向排列的换能器时，沿横向方向引导信号。